حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين | أداة MW مجانية

حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين

تحسب حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين كتلة البروتين انطلاقًا من تسلسل أحماضه الأمينية. وتُعطى النتيجة بوحدة الدالتون (Da)، وهي الوحدة القياسية للكتلة الجزيئية. ويقارب دالتون واحد كتلة ذرة هيدروجين واحدة.

للوزن الجزيئي أهمية في العمل المخبري اليومي. فهو يساعد الباحث على اختيار نسب الهلام في الرحلان الكهربائي SDS-PAGE، وعلى اختيار العمود في الترشيح الهلامي، وعلى التحقق من أن نتيجة مطيافية الكتلة تطابق البروتين المتوقع. والقيمة التي تعطيها الحاسبة وزن نظري يعتمد على التسلسل وحده. وقد تزن البروتينات الحقيقية أكثر بسبب إضافات كيميائية تحدث بعد بناء البروتين وتُسمى التعديلات بعد الترجمة. وتتراوح هذه الإضافات من نحو 80 دالتون لمجموعة فوسفات واحدة إلى عشرات الآلاف من الدالتونات لسلاسل السكر الثقيلة.

كيفية حساب الوزن الجزيئي للبروتين

المعادلة

$MW_{protein} = \sum_{i=1}^{n} MW_{residue_i} + MW_{water}$

يساهم كل حمض أميني في السلسلة بوزن البقية، وليس بكتلة الحمض الأميني الحر. وعندما يرتبط حمضان أمينيان برابطة ببتيدية، يحرر التفاعل جزيء ماء واحدًا. وتكون أوزان البقايا قد طُرح منها الماء مسبقًا، لذلك يحسب جمع التسلسل جميع الروابط الببتيدية الداخلية تلقائيًا.

بعد جمع البقايا، يُضاف جزيء ماء واحد (18.010565 دالتون، أي ذرتا هيدروجين-1 وذرة أكسجين-16 واحدة). ويغطي ذلك الطرفين الحرين للسلسلة: ذرة هيدروجين في البداية (الطرف الأميني N) ومجموعة هيدروكسيل في النهاية (الطرف الكربوكسيلي C).

من الأخطاء الشائعة طرح الماء لكل رابطة ببتيدية ثم إضافة جزيء ماء مجددًا بصورة منفصلة. فهذا يحسب فقدان الماء مرتين، لأن أوزان البقايا أدناه تستبعده مسبقًا. ومصطلح الماء الوحيد في الحساب هو الجزيء الواحد الذي يُضاف في النهاية.

أوزان بقايا الأحماض الأمينية

هذه هي كتل البقايا أحادية النظير التي تنشرها Expasy، بالدالتون، للأحماض الأمينية القياسية الـ20:

مثال على الحساب

لنأخذ السلسلة القصيرة ألانين-غلايسين-سيرين، المكتوبة AGS.

1. اجمع أوزان البقايا: 71.03711 + 57.02146 + 87.03203 = 215.0906 Da.
2. أضف جزيء ماء واحدًا للطرفين: 215.0906 + 18.010565 = 233.101165 Da.
3. بعد التقريب إلى منزلتين عشريتين، يكون الوزن الجزيئي لـ AGS هو 233.10 Da.

لا يُطرح ماء إضافي للرابطتين الببتيديتين في هذا الببتيد الثلاثي. فهذا الفقد مضمّن مسبقًا في أوزان البقايا الثلاثة المستخدمة في الخطوة 1.

كيفية استخدام حاسبة الوزن الجزيئي للبروتين

1. أدخل تسلسلًا باستخدام رموز الأحماض الأمينية القياسية المكوّنة من حرف واحد، مثل MVKMDVYKGSSIGDSMSRSM. وتعمل الأحرف الكبيرة والصغيرة على حد سواء.
2. تتحقق الحاسبة من التسلسل أثناء كتابته، وتضع علامة على أي محرف ليس واحدًا من الرموز القياسية وعددها 20.
3. تعرض الحاسبة الوزن الجزيئي بالدالتون، وطول التسلسل، وتحليلًا لتركيب الأحماض الأمينية.
4. يمكن نسخ النتائج بنقرة واحدة لاستخدامها في دفاتر المختبر أو التقارير.

قبل لصق تسلسل من قاعدة بيانات مثل UniProt، أزل سطر عنوان FASTA (السطر الذي يبدأ بـ >) وأي أرقام للمواقع من برنامج محاذاة التسلسلات. الأحرف X وB وZ وJ ليست رموزًا قياسية للأحماض الأمينية، وسيُرفض إدخالها؛ استبدلها بحمض أميني محدد قبل الحساب.

لماذا يهم الوزن الجزيئي للبروتين؟

• الرحلان الكهربائي الهلامي (SDS-PAGE): تحتاج البروتينات الصغيرة التي تقل عن 20 kDa إلى هلام ذي نسبة أعلى لتحقيق فصل جيد؛ أما البروتينات الكبيرة التي تزيد عن 100 kDa فتحتاج إلى نسبة أقل.
• الترشيح الهلامي: يحدد نطاق الوزن الجزيئي للبروتين نوع راتنج العمود الذي سيفصله على نحو مناسب.
• مطيافية الكتلة: يُقارن الوزن المحسوب بالوزن المقاس لتأكيد الهوية أو اكتشاف التغيرات غير المتوقعة.
• تخليق الببتيدات: يحدد الوزن الجزيئي الكمية الدقيقة من مادة البدء اللازمة لكل خطوة اقتران.
• حسابات المحاليل المنظمة والجرعات: يتطلب التحويل بين المولارية والتركيز الكتلي معرفة الوزن الجزيئي.

القيود

تعطي الحاسبة وزنًا نظريًا يعتمد على التسلسل وحده. ولا تشمل:

• التعديلات بعد الترجمة، مثل السلاسل السكرية المضافة أثناء الغلَكوزَة ومجموعات الفوسفات المضافة أثناء الفسفرة. ويجب إضافة هذه التعديلات يدويًا أو قياسها باستخدام مطيافية الكتلة.
• الروابط ثنائية الكبريتيد. تزيل كل رابطة بين بقايا سيستئين اثنتين ذرتي هيدروجين، أي نحو 2.02 Da لكل رابطة. وتفترض الحاسبة أن جميع بقايا السيستئين غير مرتبطة.
• الأحماض الأمينية غير القياسية، مثل سيلينوسيستئين وبيروليسين، والبقايا المعدلة كيميائيًا مثل هيدروكسي برولين.
• العوامل المساعدة، مثل مجموعات الهيم أو أيونات المعادن المرتبطة بالبروتين.

الأسئلة الشائعة

ما الوزن الجزيئي للبروتين؟ هو الكتلة الكلية للبروتين، وتُعطى عادةً بالدالتون (Da) أو بالكيلودالتون (kDa)، حيث يعادل 1 kDa مقدار 1,000 Da. وهو يساوي مجموع أوزان بقايا الأحماض الأمينية في التسلسل مضافًا إليه جزيء ماء واحد للطرفين.

لماذا تضيف الصيغة الماء بدلًا من طرحه؟ يؤدي تكوين الرابطة الببتيدية إلى تحرير جزيء ماء، وتكون أوزان البقايا المستخدمة في المجموع قد أزيل منها ذلك الماء مسبقًا. لذلك يُضاف جزيء ماء واحد في النهاية فقط لحساب مجموعتي الهيدروجين والهيدروكسيل الحرتين عند طرفي السلسلة المكتملة.

ما مدى دقة الوزن المحسوب؟ بالنسبة إلى بروتين لا يحتوي على تعديلات كيميائية، يكون الحساب دقيقًا بقدر دقة كتل الأحماض الأمينية المستخدمة، وعادةً ضمن جزء من الدالتون. أما البروتينات الفعلية التي تحتوي على تعديلات، مثل الغلَكوزَة أو الروابط ثنائية الكبريتيد، فسيكون وزنها مختلفًا عن القيمة المحسوبة.

هل تستطيع الحاسبة التعامل مع الأحماض الأمينية المعدلة أو غير القياسية؟ لا. فهي تدعم الأحماض الأمينية القياسية وعددها 20 فقط. ولا تتعرف على سيلينوسيستئين أو بيروليسين أو البقايا المعدلة الأخرى، ويجب التعامل معها بتصحيح يدوي أو باستخدام أداة متخصصة.

كيف أحوّل الدالتونات إلى كيلودالتونات؟ اقسم على 1,000. فبروتين كتلته 25,000 Da يساوي 25 kDa. وتستخدم الأبحاث عادةً Da للببتيدات الصغيرة وkDa للبروتينات الأكبر.

لماذا لا تطابق نتيجة الهلام أو مطيافية الكتلة الوزن المحسوب؟ أكثر الأسباب شيوعًا هي التعديلات بعد الترجمة أو الروابط ثنائية الكبريتيد أو أن يكون البروتين قد قُصّ بعد الترجمة إلى صيغة ناضجة أقصر. كما قد يُظهر الرحلان الكهربائي SDS-PAGE حزمة في موضع مضلل للبروتينات الحمضية جدًا أو القاعدية جدًا، لذلك فهو تقدير تقريبي فقط للوزن الجزيئي.

المراجع

1. المعهد الوطني للمعايير والتقنية. Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements. الأوزان الذرية والتركيبات النظيرية من NIST — الكتل الذرية النسبية للهيدروجين-1 (1.00782503223) والأكسجين-16 (15.99491461957)، ومجموعها 18.010565 دالتون للماء.
2. SIB Swiss Institute of Bioinformatics, Expasy. FindMod: amino acid and modification masses. كتل FindMod من Expasy — كتل البقايا أحادية النظير للأحماض الأمينية القياسية الـ20؛ والفسفرة تضيف 79.9663 دالتون.